國內首臺采用國產有載分接開關的換流變壓器安裝現場李婧爾攝

近日，在西電東送重點工程——溪洛渡右岸電站送電廣東±500千伏同塔雙回直流輸電工程的受端從西換流站，隨著現場運行人員發(fā)布操作指令，從西換流站交流場的刀閘開關慢慢合上，電流瞬間從千里之外的西部，奔向東部地區(qū)。這標志著我國自主研發(fā)的首臺采用國產有載分接開關的換流變壓器成功投運。

這是我國在高端電力裝備研發(fā)方面取得的重大成果，我國在大容量有載分接開關領域實現了“從無到有，從有到優(yōu)”的跨越式突破，高壓直流輸電系統(tǒng)“變速箱”實現了“中國制造”。

直流輸電系統(tǒng)調壓穩(wěn)壓的核心部件

我國東西部跨度上千公里，“西電東送”大都采用長距離、大容量、高電壓的直流工程進行輸電，工程送端和受端站點均要用到重達300多噸的換流變壓器這種樞紐設備。而換流變壓器其中的一個關鍵部件——有載分接開關，是直流輸電系統(tǒng)調壓穩(wěn)壓的核心部件，也是一個精密的機電設備。

“換流變壓器有載分接開關好比汽車的自動‘變速箱’，電壓調高調低，負荷調多調少，電流調大調小，都要通過它的檔位來調節(jié)。”南方電網超高壓公司生技部副總經理馮鶇形象地描述。

換流變壓器有載分接開關有1000多個零部件，切換次數非常頻繁，一年高達6000余次，一次切換包括9個過程，每次動作涉及到400多個零部件的精密配合，而且每個過程的時序配合為毫秒級，動作過程中涉及到電、熱、力多場耦合作用，這種時序配合的精度可比擬機械手表。

“由于可靠性要求極高，制造難度極大，這項技術一直掌握在外國少數廠家手里。設備維修也受限于外國廠家，一旦發(fā)生故障，只能更換同型號的進口產品，訂貨周期需要3到4個月。”南方電網超高壓公司廣州局副總經理汪洋說，“近些年來，進口的換流變壓器有載分接開關在運行中暴露出了機械開裂、絕緣劣化等問題，嚴重威脅著電網的安全運行。”

“產學研用”攻關團隊實現全鏈條國產制造

為了攻克這個“卡脖子”難題，南方電網超高壓公司組建了“產學研用”攻關團隊，聯合產業(yè)鏈上下游企業(yè)共同開展“大容量換流變壓器用6000kVA有載分接開關”關鍵技術國產化攻關。

針對進口設備暴露出的絕緣裕度不足、材料選型不合理、電氣設計不完善等問題，攻關團隊重點從設備結構、可靠性等方面開展攻堅，自主開展精細化建模仿真和真型樣機試驗驗證。

從200多萬種可能的結構中選出36種，再優(yōu)中選優(yōu)，最終選出最簡潔最平衡的有載分接開關拓撲結構。

“難度極大的是研發(fā)真空滅弧室，這是中高電壓電力開關的核心部件。”南方電網超高壓公司高級技術專家鄧軍回憶道，“研發(fā)之初，我們計劃采用進口真空滅弧室，經過深入研究分析，還是決定聯合國內領軍企業(yè)自主研發(fā)真空滅弧室，盡管這路會很艱難。”

經過計算、仿真、對比，攻關團隊開展了3000次性能檢測、37萬次負載切換、160萬次機械壽命、900萬次波紋管疲勞等試驗，最終研發(fā)出了真空滅弧室。

真空滅弧室的成功研發(fā)極大地鼓舞了攻關團隊，他們經過不懈努力，花了兩年時間接連突破了設計、制造、試驗和可靠應用一系列關鍵技術，成功研制出了我國首臺額定容量6000千伏安(kVA)、最大電壓6000伏特(V)、最大額定電流1300安培(A)的大容量換流變有載分接開關，實現了“原材料—組部件—整機”全鏈條的國產制造。

與同類進口產品相比，自主研發(fā)的換流變壓器有載分接開關性能更優(yōu)。國產換流變壓器有載分接開關大的成功研制，將大幅減少工程建設投入，僅從設備成本方面估算，其可使新建一條特高壓直流輸電工程的費用節(jié)省近4000萬元，對提升“西電東送”主網架設備自主可控水平，帶動我國高端電工裝備產業(yè)鏈升級，以及保障我國能源電力供應的安全穩(wěn)定具有十分重要的意義。